EP3536451A1 - Method and apparatus for improving the concentricity and stress-tolerance of conical joint made up of an annularly closed container and a compressible and expandable sleeve - Google Patents
Method and apparatus for improving the concentricity and stress-tolerance of conical joint made up of an annularly closed container and a compressible and expandable sleeve Download PDFInfo
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- EP3536451A1 EP3536451A1 EP18160471.1A EP18160471A EP3536451A1 EP 3536451 A1 EP3536451 A1 EP 3536451A1 EP 18160471 A EP18160471 A EP 18160471A EP 3536451 A1 EP3536451 A1 EP 3536451A1
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Definitions
- the present invention relates to a method for improving the coaxiality and load capacity of a conical connection consisting of a receptacle and a collapsible sleeve and a device for carrying out the method.
- mandrel and receiving sleeve are summarized under the name recording. And since workpieces as well as tools can be fixed and clamped with such a device in the same way, these terms are subsequently fused to the term workpiece.
- Such a sleeve may be a rotationally symmetrical, provided with longitudinal slots clamping element, a steel segments and vulcanized rubber intermediate layers joined clamping element or a support webs with elastic Be intermediate members existing clamping element. Through the slots, rubber liners and elastic intermediate links, the sleeve is divided into webs, is transferred via the clamping force of the recording to the workpiece.
- the present invention is therefore based on the object to develop a method with which it is possible to improve the coaxiality to make the improvement regardless of the clamping range, to reduce the specific surface pressure and thus significantly reduce wear.
- the outer cone is machined on a machine tool, in particular a grinding device, preferably an inner grinding device, whose radial infeed is superimposed by an additional movement running synchronously with the workpiece speed and path sequence.
- a machine tool in particular a grinding device, preferably an inner grinding device, whose radial infeed is superimposed by an additional movement running synchronously with the workpiece speed and path sequence.
- the additional movement has a sinusoidal course.
- the amplitude of the additional movement over the radius and the claimed angle of the base circle is variable.
- the additional movement is transmitted as a control signal to the machine control.
- the additional movement is preferably transmitted via a separate, directly coupled to the grinder actuator, the actuator is firmly connected to the radial feed of the grinder.
- the device according to the invention for carrying out the method according to claim has a machine tool, in particular a grinding device, preferably an internal grinding device, and an actuator, wherein the actuator, in particular a separate actuator, designed as a piezoelectric actuator and is connected via its control synchronously with the machine control.
- a machine tool in particular a grinding device, preferably an internal grinding device, and an actuator, wherein the actuator, in particular a separate actuator, designed as a piezoelectric actuator and is connected via its control synchronously with the machine control.
- an apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 5 comprising a machine tool, in particular a grinding device, preferably an internal grinding device, and proposed an actuator, wherein the actuator, in particular the separate actuator, as a mechanical coupled to the workpiece drive mechanism is executed.
- conical connection comprises a receptacle 1, which is designed here as a conical mandrel and a sleeve 2, which is supported with its conical bore 2a via its webs 2b on the receptacle 1, while their cylindrical outer diameter 2c in the bore 3a to be fixed or to exciting workpiece 3 protrudes.
- the loosely assembled parts are to be positively connected in a so-called clamping operation with each other.
- the invention proposes and as in the lower half of FIG. 1 as in FIG. 3 shown that the radii of the outer cone, in this case, these are the radii of the tapered bore 2a of the sleeve 2, always equal to or greater than the radii of the inner cone, in this case, it is the radii of the conical outer surface 1a of the receptacle. 1 to be executed.
- FIG. 4 shows a similar conical connection consisting of a receptacle 1 and a sleeve 2, which in this case has a cylindrical bore 2f, in which the workpiece to be clamped 3 is located.
- the sleeve 2 and the receptacle 1 is axially displaced relative to each other during the clamping operation, so that now the sleeve 2 is compressed so far until it comes to adhesion between the receptacle 1, the sleeve 2 and the workpiece 3.
- the disadvantages can be remedied by the radii of the outer cone, these are in this case the radii of the conical bore 1b of the receptacle 1, always equal to or greater than the radii of the inner cone, in this case it is the radii the conical outer surface 2g of the sleeve 2, are executed.
- FIG. 7 shows a simplified representation of a device for grinding the corresponding conical holes.
- the grinding wheel 11 with its bearing 12 is guided over the feed 13 shown only schematically to the wall of the bore to be machined.
- the receptacle 1 and the sleeve 2 are shown as an annular body 14 with inwardly directed webs 15.
- the delivery 13 can be done both purely software and software with a separate actuator or purely mechanical. In all cases, the infeed 13 must run synchronously as well as position-oriented to the workpiece speed and path sequence. That is, the divisions x and y must be coordinated and equal in time.
- control takes place via a signal aligned synchronously with the workpiece speed and path sequence to the machine control.
- a software delivery 13 with separate actuator this is directly connected to the bearing 12 of the grinding wheel 11 mounted on the wheel spindle.
- the example executed as a piezoelectric actuator is also controlled synchronously to the workpiece speed and track sequence, so that it delivers the grinding wheel 11 rhythmically to the track sequence. With this type of delivery, it is also possible to limit the travel by a fixed stop in the range of the sine-zero crossing.
- the actuator is also directly connected to the bearing 12 of the grinding wheel 11 mounted on the wheel spindle, however, the drive of the actuator is in this case coupled directly to the workpiece drive, so that the mechanical delivery, for example via Lever, cams or the like also takes place synchronously to the workpiece speed and Stegello.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Koaxialität und Belastbarkeit einer aus einer Aufnahme und einer aufweit- bzw. zusammendrückbaren Hülse bestehenden Kegelverbindung, indem die Radien des äußeren Kegels stets gleich oder größer den Radien des inneren Kegels ausgeführt werden.Method and device for improving the coaxiality and resilience of a cone connection consisting of a receptacle and an expandable or compressible sleeve, in that the radii of the outer cone are always made equal to or greater than the radii of the inner cone.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Koaxialität und Belastbarkeit einer aus einer Aufnahme und einer aufweit- bzw. zusammendrückbaren Hülse bestehenden Kegelverbindung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for improving the coaxiality and load capacity of a conical connection consisting of a receptacle and a collapsible sleeve and a device for carrying out the method.
Insbesondere in der Spanntechnik gibt es zahlreiche Kegelverbindungen bei denen eine radial aufweitbare Hülse auf einen Aufnahmedorn gedrückt wird, um den äußeren Durchmesser der Hülse zu vergrößern und so ein auf die Hülse aufgesetztes Werkstück oder Werkzeug zu fixieren und kraftschlüssig zu spannen, oder bei denen eine radial zusammendrückbare Hülse in die kegelförmige Bohrung einer Aufnahmehülse gedrückt wird, um den Durchmesser der Hülsenbohrung zu reduzieren und so ein in die Hülse eingeführtes Werkstück oder Werkzeug zu fixieren und kraftschlüssig zu spannen.In particular, in the clamping technology, there are numerous conical connections in which a radially expandable sleeve is pressed onto a mandrel to increase the outer diameter of the sleeve and so fix a mounted on the sleeve workpiece or tool and to clamp force fit, or in which a radial squeezable sleeve is pressed into the conical bore of a receiving sleeve to reduce the diameter of the sleeve bore and so to fix a inserted into the sleeve workpiece or tool and to clamp force fit.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe Aufnahmedorn und Aufnahmehülse unter der Bezeichnung Aufnahme zusammengefasst. Und da mit einer solchen Einrichtung in gleicher Weise Werkstücke wie auch Werkzeuge fixiert und gespannt werden können, werden nachfolgend diese Begriffe zur Bezeichnung Werkstück verschmolzen.In the following description, the terms mandrel and receiving sleeve are summarized under the name recording. And since workpieces as well as tools can be fixed and clamped with such a device in the same way, these terms are subsequently fused to the term workpiece.
Eine solche Hülse kann ein rotationssymmetrisches, mit Längsschlitzen versehenes Spannelement, ein aus Stahlsegmenten und aufvulkanisierten Gummizwischenlagen zusammengefügtes Spannelement oder ein aus Tragstegen mit elastischen Zwischengliedern bestehendes Spannelement sein. Durch die Schlitze, Gummizwischenlagen und elastischen Zwischenglieder wird die Hülse in Stege aufgeteilt, über die Spannkraft von der Aufnahme an das Werkstück übertragen wird.Such a sleeve may be a rotationally symmetrical, provided with longitudinal slots clamping element, a steel segments and vulcanized rubber intermediate layers joined clamping element or a support webs with elastic Be intermediate members existing clamping element. Through the slots, rubber liners and elastic intermediate links, the sleeve is divided into webs, is transferred via the clamping force of the recording to the workpiece.
Aufgrund der axialen Aufeinanderzubewegung von Hülse und Aufnahme beim Spannen treffen kegelförmige Flächen mit unterschiedlichen Radien aufeinander, so dass sich die Spannkraft vom Zentrum der Stege auf deren Randzonen hin verlagert und zwischen dem Zentrum der einzelnen Stege und der ihnen gegenüberliegenden Wandung der Aufnahme einen Spalt entstehen lässt, der mit zunehmender Aufeinanderzubewegung von Hülse und Aufnahme überproportional ansteigt.Due to the axial Aufeinanderzubewegung of sleeve and recording during clamping conical surfaces meet with different radii to each other, so that the clamping force from the center of the webs displaced towards the edge zones and between the center of the individual webs and the opposite wall of the recording a gap , which increases disproportionately with increasing Aufeinanderzubewegung of sleeve and recording.
Infolge dessen kommt es zu einem unkontrollierbaren Anstieg der Flächenbelastung im Bereich der weniger präzis gefertigten Stegkanten. Dies wiederum führt zur Deformation und zum Verschleiß der Stegkanten und demzufolge zu einer unkontrollierbaren und zunehmenden Verschlechterung der Koaxialität zwischen der Aufnahme und dem Werkstück. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn es sich dabei um eine Spanneinrichtung handelt, die fortwährend geöffnet und geschlossen werden muss.As a result, there is an uncontrollable increase in the surface load in the less precisely manufactured web edges. This in turn leads to the deformation and wear of the web edges and consequently to an uncontrollable and increasing deterioration of the coaxiality between the receptacle and the workpiece. This effect is exacerbated when it is a clamping device that must be continually opened and closed.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln mit dem es möglich ist, die Koaxialität zu verbessern, die Verbesserung unabhängig vom Spannbereich zu machen, die spezifische Flächenpressung zu mindern und damit den Verschleiß deutlich zu reduzieren.The present invention is therefore based on the object to develop a method with which it is possible to improve the coaxiality to make the improvement regardless of the clamping range, to reduce the specific surface pressure and thus significantly reduce wear.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Kegelverbindung gemäß der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass die Radien eines äußeren Kegels stets gleich oder größer den Radien eines inneren Kegels der Kegelverbindung ausgeführt werden.To solve this problem is proposed according to the invention in a conical joint according to the type described above, that the radii of an outer cone are always equal to or greater than the radii of an inner cone of the conical connection are performed.
Weitere Merkmale dieser Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.Further features of this invention are disclosed in the dependent claims.
Der äußere Kegel wird auf einer Werkzeugmaschine, insbesondere einem Schleifgerät, vorzugsweise einer Innenschleifeinrichtung, bearbeitet, deren radiale Zustellung von einer synchron zur Werkstückdrehzahl und Stegfolge verlaufende Zusatzbewegung überlagert ist.The outer cone is machined on a machine tool, in particular a grinding device, preferably an inner grinding device, whose radial infeed is superimposed by an additional movement running synchronously with the workpiece speed and path sequence.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens weist die Zusatzbewegung einen sinusförmigen Verlauf auf. Hierbei ist die Amplitude der Zusatzbewegung über den Radius und den in Anspruch genommenen Winkel des Grundkreises variierbar.According to a development of the method, the additional movement has a sinusoidal course. Here, the amplitude of the additional movement over the radius and the claimed angle of the base circle is variable.
Vorzugsweise wird die Zusatzbewegung als Stellsignal an die Maschinensteuerung übertragen. Die Zusatzbewegung wird vorzugsweise über einen separaten, direkt mit dem Schleifgerät gekoppelten Stellantrieb übertragen, wobei der Stellantrieb fest mit der radialen Zustellung des Schleifgeräts verbundenen ist.Preferably, the additional movement is transmitted as a control signal to the machine control. The additional movement is preferably transmitted via a separate, directly coupled to the grinder actuator, the actuator is firmly connected to the radial feed of the grinder.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch weist eine Werkzeugmaschine, insbesondere einem Schleifgerät, vorzugsweise einer Innenschleifeinrichtung, und einen Stellantrieb auf, wobei der Stellantrieb, insbesondere ein separater Stellantrieb, als Piezoaktor ausgeführt und über seine Ansteuerung synchron mit der Maschinensteuerung verbunden ist.The device according to the invention for carrying out the method according to claim has a machine tool, in particular a grinding device, preferably an internal grinding device, and an actuator, wherein the actuator, in particular a separate actuator, designed as a piezoelectric actuator and is connected via its control synchronously with the machine control.
Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 umfassend eine Werkzeugmaschine, insbesondere einem Schleifgerät, vorzugsweise einer Innenschleifeinrichtung, und einen Stellantrieb vorgeschlagen, wobei der Stellantrieb, insbesondere der separate Stellantrieb, als mechanischer mit dem Werkstückantrieb gekoppelter Mechanismus ausgeführt ist.According to a further inventive idea, an apparatus for carrying out the method according to
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand der Zeichnungen in den
Dabei zeigen:
- Fig. 1
- eine Schnittansicht einer Kegelverbindung als Spanneinrichtung für ein Werkstück, das über seine Bohrung fixiert wird.
- Fig. 2
- einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs A der
Fig. 1 - Fig. 3
- einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs B der
Fig. 1 - Fig. 4
- eine Schnittansicht einer Kegelverbindung als Spanneinrichtung für ein Werkstück, das über seinen Außendurchmesser fixiert wird.
- Fig. 5
- einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs C der
Fig. 4 - Fig. 6
- einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs D der
Fig. 4 - Fig. 7
- eine Prinzipdarstellung der Bearbeitung einer kegelförmigen Hülsen- oder Aufnahme-Bohrung auf einer Innenschleifmaschine.
- Fig. 1
- a sectional view of a conical connection as a clamping device for a workpiece which is fixed over its bore.
- Fig. 2
- an enlarged section of the area A of
Fig. 1 - Fig. 3
- an enlarged section of the area B of
Fig. 1 - Fig. 4
- a sectional view of a conical joint as a clamping device for a workpiece which is fixed over its outer diameter.
- Fig. 5
- an enlarged section of the area C of
Fig. 4 - Fig. 6
- an enlarged section of the area D of
Fig. 4 - Fig. 7
- a schematic diagram of the machining of a conical sleeve or receiving bore on an internal grinding machine.
Die in
Entsprechend der Aufgabe einer Kegelverbindung sollen die vorerst lose zusammengefügten Teile in einem sogenannten Spannvorgang kraftschlüssig mit einander verbunden werden.According to the object of a conical connection, the loosely assembled parts are to be positively connected in a so-called clamping operation with each other.
Dies geschieht in dem die Hülse 2 und/oder die Aufnahme 1 zueinander axial verschoben werden, so dass hierbei die Hülse 2 mit ihrer kegelförmigen Bohrung 2a über ihre Stege 2b auf eine kegelförmige, äußere Mantelfläche 1a der Aufnahme 1 trifft und so weit aufgeweitet wird, bis der Kraftschluss über ihren zylindrischen Außendurchmesser 2c zum Werkstück 3 hergestellt ist.This takes place in which the
Das heißt, dass die aufweitbare Hülse 2 mit ihrem kleineren Kegel auf den größeren Kegel der Aufnahme 1 gedrückt wird. Demzufolge kommt es zur Berührung unterschiedlicher Radien, so dass sich der Kraftschluss vom Zentrum 2d der Stege 2b auf deren Randzonen 2e hin verlagert, so wie dies in der oberen Hälfte der Figur 1 und vergrößert in
Durch die Kraftschlussverlagerung kommt es aber auch zu einem starken Anstieg der spezifischen Flächenbelastung in den Randzonen 2e der Stege 2b und damit auch zu einer unkontrollierbaren Koaxialitätsabweichung zwischen der Aufnahme 1 und der Hülse 2, die sich negativ auf den Rundlauf des Werkstücks 3 auswirkt. In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, dass die Kanten und Seitenflächen der Stege 2b im Bereich der Randzonen 2e in der Praxis weitaus unpräziser ausgeführt sind und die Kanten der Stege 2b durch die hohe spezifische Flächenbelastung unkontrollierbar deformiert und im Laufe der Zeit mehr und mehr verschleißen.Due to the frictional displacement, however, there is also a sharp increase in the specific surface load in the
Um diese Nachteile zu beseitigen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen und wie in der unteren Hälfte der
Damit wird eine Verlagerung des Kraftschlusses auf die Randzonen 2e der Stege 2b vermieden und ein direkter Kraftschluss zwischen Aufnahme 1 und der Hülse 2 über ihre Stege 2a zum Werkstück 3 gewährleistet sowie bei einer konzentrischen Endbearbeitung, das bedeutet einer Endbearbeitung des zylindrischen Außendurchmessers 2c der Hülse 2 mit der kegelförmigen Bohrung 2a der Hülse 2 in einer Aufspannung, eine nahezu 100-prozentige Koaxialität zwischen der Aufnahme 1 und der Bohrung 3a des Werkstücks 3 erzielt.Thus, a displacement of the frictional connection on the
Die
Um diese vorerwähnte Radiusvergrößerung ausführen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine für die Endbearbeitung vorgesehene Werkzeugmaschine so herzurichten, dass sie dem in
Die Zustellung 13 kann sowohl rein softwaremäßig als auch softwaremäßig mit separatem Stellorgan oder rein mechanisch erfolgen. In allen Fällen muss die Zustellung 13 synchron sowie positionsorientiert zur Werkstückdrehzahl und Stegfolge verlaufen. Das heißt die Teilungen x und y müssen aufeinander abgestimmt und zeitlich gleich lang sein.The
Bei einer rein softwaremäßigen Zustellung 13 erfolgt die Ansteuerung über ein synchron auf die Werkstückdrehzahl und Stegfolge ausgerichtetes Signal an die Maschinensteuerung.In the case of a purely software-based
Es hat sich gezeigt, dass bei einem ringförmigen Körper 14 mit acht Stegen 15 und einer in
Bei einer softwaremäßigen Zustellung 13 mit separatem Stellorgan wird dieses direkt mit der Lagerung 12 der Schleifscheibe 11 verbunden auf den Schleifspindelstock montiert. Das beispielweise als Piezoaktor ausgeführte Stellorgan wird dabei ebenfalls synchron zur Werkstückdrehzahl und Stegfolge angesteuert, so dass es die Schleifscheibe 11 rhythmisch zur Stegfolge zustellt. Bei dieser Art der Zustellung besteht auch die Möglichkeit den Stellweg durch einen Festanschlag im Bereich des Sinus-Nulldurchgangs zu begrenzen.In a
Bei einer rein mechanischen Zustellung 13 ist das Stellorgan ebenfalls direkt mit der Lagerung 12 der Schleifscheibe 11 verbunden auf dem Schleifspindelstock montiert, jedoch ist der Antrieb des Stellorgans hierbei direkt mit dem Werkstückantrieb gekoppelt, so dass die mechanische Zustellung, beispielweise über Hebel, Nocken oder dergleichen ebenfalls synchron zur Werkstückdrehzahl und Stegfolge erfolgt.In a purely
- 11
-
Aufnahme
- 1a kegelförmige, äußere Mantelfläche der Aufnahme
- 1b kegelförmige Bohrung der Aufnahme
- 1a conical outer surface of the receptacle
- 1b conical bore of the receptacle
- 22
-
Hülse
- 2a kegelförmige Bohrung der Hülse
- 2b Steg der Hülse
- 2c zylindrischer Außendurchmesser der Hülse
- 2d Zentrum des Stegs der Hülse
- 2e Randzone des Stegs der Hülse
- 2f zylindrische Bohrung der Hülse
- 2g kegelförmige, äußere Mantelfläche der Hülse
- b Stegbreite
- 2a conical bore of the sleeve
- 2b web of the sleeve
- 2c cylindrical outer diameter of the sleeve
- 2d center of the web of the sleeve
- 2e edge zone of the web of the sleeve
- 2f cylindrical bore of the sleeve
- 2g conical, outer surface of the sleeve
- b bridge width
- 33
-
Werkstück
- 3a Bohrung des Werkstücks
- 3a bore of the workpiece
- 44
- Spaltgap
- 1111
- Schleifscheibegrinding wheel
- 1212
- Lagerungstorage
- 1313
- Zustellungdelivery
- 1414
- ringförmiger Körperannular body
- 1515
- nach innen gerichtete Stegeinwardly directed webs
- 1616
- sinusförmige Ansteuerungsinusoidal control
- 1717
- Winkelcorner
- 1818
- Radiusradius
- X und yX and y
- Teilungdivision
Claims (7)
dass der Stellantrieb, insbesondere ein separater Stellantrieb, als Piezoaktor ausgeführt und über seine Ansteuerung synchron mit der Maschinensteuerung verbunden ist.Device for carrying out the method according to claim 1 to 5 comprising a machine tool, in particular a grinding device and an actuator, characterized
that the actuator, in particular a separate actuator, designed as a piezoelectric actuator and is connected via its control synchronously with the machine control.
dass der Stellantrieb, insbesondere separate Stellantrieb, als mechanischer mit dem Werkstückantrieb gekoppelter Mechanismus ausgeführt ist.Device for carrying out the method according to claim 1 to 5 comprising a machine tool, in particular a grinding device, and an actuator characterized in that
that the actuator, in particular separate actuator, is designed as a mechanical coupled to the workpiece drive mechanism.
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